强地震附近视电阻率各向异性变化的原因

讨论了强地震、孕震晚期阶段、震源区及附近介质的物理变化过程,证明了视电阻率变化最显著的方向与最大加载方向之间的正交关系,建立了真、视电阻率各向异性变化与裂隙率ν、骨架电阻率ρo、饱水裂隙电阻率ρf的本构关系,解释了视电阻率各向异性变化的原因.研究认为：在强地震孕震晚期阶段,在震源区及附近地壳近地表的较深部,介质微裂隙发育,其走向沿最大主压应力方位优势取向,低阻水充填微裂隙,导电通道连通,引起最大主压应力方向真电阻率变化最显著的真各向异性变化,从而产生垂直主压应力方向视电阻率变化最显著的视各向异性变化,低阻水在其物理过程中起了显著作用.     

大地震前视电阻率各向异性变化及可能原因

<正>1研究背景地震晚期孕育过程的研究已经逐步扩展至整个孕震区介质,除了直接关注断层面上的力学状态,膨胀扩散模型和微破裂模型认为,断层之外的区域会出现与高应力—应变水平积累有关的地球物理和地球化学现象（Scholz et al,1973）。岩石物理实验、原地实验、含裂隙介质电阻率模型分析表明,含水岩土介质电阻率在压应力作用下呈现下降变化,     

横向不均匀性对视电阻率各向异性变化的影响和地震前电阻率的变化深度

采用对称四级装置的直流视电阻率地表观测,其深度探测范围与供电极距AB大致相当。测区地下介质可能存在电性横向不均匀性,即同一深度范围内介质电阻率在水平方向存在变化。地层的横向不均匀性会引起不同方向的视电阻率观测值出现差异,但是否会引起各向异性变化还没有定论;大地震前构造应力对地下分层电阻率的影响能上升到距离地表的深度范围也未得到充分讨论。文中采用有限元数值分析方法,分别计算横向均匀、横向不均匀模型中不同深度范围内介质电阻率变化时视电阻率的各向异性变化,认为:对于供电极距AB=1 000m的观测,距离地表约300m以下的地层其电阻率的各向异性变化所产生的视电阻率各向异性变化与实验和震例中的实际观测结果不符;地层电阻率的变化深度需要上升至近地表的浅层范围,视电阻率的变化幅度和各向异性变化特征才与实验和观测相吻合。对于横向不均匀地层,同一深度以下的地层电阻率发生相同幅度的各向同性变化,视电阻率并不出现各向异性变化,仅当电阻率出现各向异性变化时视电阻率才出现各向异性变化,但地层横向不均匀性对各向异性变化特征的影响较小。     

强震近震中区地电阻率变化速率的各向异性

用归一化月速率方法处理了６次强震前近震中区11个台的地电阻率数据，得到在孕震中短期至短临阶段，与主压应力方向正交（或近于正交）测向的地电阻率下降变化的速率大于平行（或近于平行）主应力方向的变化速率．产生变化速率各向异性的原因可能是:在孕震后期的扩容阶段，裂隙走向沿主压应力方向优势排列，导电流体活动产生真电阻率变化速率的各向异性，表现为地表视电阻率变化速率的各向异性．本文为视电阻率各向异性的实验结果提供了震例支持，物理解释比较清晰，可能成为研究某些强震孕育晚期震源区及其附近地壳应力状态的参考依据．      

岩石电阻率图像及各向异性变化的实验研究

在两组人工样品自由表面以中心点为基准对称布设3条辐射状测线,对样品实施单轴应力加载和卸载后,利用电阻率层析成像方法构建了相应的视电阻率相对变化图像,并计算和绘制了表征裂隙产生和发展速率的视电阻率各向异性系数λ*以及表征裂隙产生和发展方位的各向异性主轴方位角α随应力和深度的变化曲线.结果表明:所有测线所对应的RRC图像均随着应力的变化呈现出相同的变化趋势,即在加载阶段,随着应力的增加,视电阻率相对变化图像中电阻率降低区域逐渐收缩,而电阻率升高区域逐渐扩张,在卸载阶段,随着应力的减小,电阻率降低区域继续收缩,电阻率升高区域继续扩张;样品中的高阻体对其所在部位及附近区域的电阻率增幅有较大影响,而对横越高阻体测线的视电阻率相对变化图像的趋势性变化无影响;对于原始电性为各向异性的样品,随着应力的增加,其各向异性程度降低;裂隙主要在岩样的浅部产生和发展,而在较深部位的裂隙产生和发展的速率相对较低.上述结果有助于解释和理解地震、火山活动和大型地质构造运动引起的视电阻率及其各向异性的变化特征,电阻率层析成像方法可能成为目前地震电阻率观测方法的有益补充.      

含裂隙介质中的视电阻率各向异性变化

我国50多年的视电阻率连续观测结果表明,大地震前近震中区域的视电阻率呈现出与主压应力方位有关的各向异性变化,即：垂直于主压应力方向观测的变化幅度最大,平行方向最小或不明显,斜交方向介于二者之间.目前我国定点台站视电阻率观测的探测范围主要在浅层沉积层以内,通常含有较多的含水裂隙.本文将地下岩土介质简化为由固体基质和含流体/气体裂隙组成的固液气三相介质,且基质、流体和气体具有标量形式的电阻率,推导出了包含基质和流体电阻率、裂隙率、饱和度和裂隙面积率因子的电阻率张量表达式.以裂隙的扩展/闭合表示应力作用下裂隙的变化,得到了电阻率随裂隙变化的微分形式,电阻率变化对裂隙体积变化放大系数的表达式和裂隙横向变化对纵向电阻率影响的横向权系数的表达式.在此基础上得到了介质电阻率和视电阻率的各向异性变化特征：对于含水裂隙介质,无论裂隙如何变化,均是最小主轴方向电阻率的变化幅度大于其他方向;对于含水孔隙介质,沿孔隙主要变化方向的主轴电阻率变化幅度大于其他方向.对于各向异性变化,视电阻率和介质电阻率存在π/2的方向差异.相较于含水岩石,无水岩石介质电阻率的各向异性变化不显著.本文提出的电阻率表达式可以对实验室和野外实际观测的许多结果做出合理的解释.

     

地震地电阻率各向异性变化数值模拟

将APE模式中差应力与裂隙的演化理论与前期研究中建立的张量形式的各向异性电性模型相结合,推导出了裂隙演化参数(密度、孔压、纵横比、闭合角)与电导率关系的动态方程,用数值模拟方法研究了饱水岩石在水平向应力作用下电阻率的各向异性变化．并结合实验和观钡5结果,讨论了电阻率各向异性变化的可能机理。     

强地震附近电阻率对称四极观测的探测深度

针对我国地震监测预报中固定地点和固定观测装置及参数的视电阻率观测,给出了半空间倾斜各向异性介质中电阻率对称四极观测的理论探测深度,研究了地震前兆信息的检测深度问题,得到：(1)在强地震、孕震晚期阶段,在震中区及附近可检测到地壳近地表较深部介质的电阻率变化,其深度大于或远大于均匀介质之;(2)震级、震中距、观测方向不同或在不同的孕震阶段,探测深度存在差异,甚至存在大的差异,且是动态变化的.并依据理论探测深度讨论了地震视电阻率前兆变化的复杂性、地电台址电性条件等问题.     

两次大震的视电阻率各向异性特征

对1976年松潘7．1级和唐山7．8级地震的地电阻率变化及各向异性特征作了较全面的分析,并从理论上作了一定程度的解释。结果表明,震前地电阻率变化的各向异性是客观存在的,各向异性主要有两种表现,一是不同台站的方位性差异：二是同台不同测向的差异。这种各向异性主要外观因素是台站的震中距、方位、测向、介质的力学因素和地震本身的机制;内在因素主要是原生裂隙的膨胀、闭合和排列、新生裂隙或破裂的发育、贯通、排列受应力场的作用。     

单轴压力下有补给水岩石电阻率变化各向异性研究

将两种规格的长方体水饱和花岗岩标本，以标本一个面的中心点为中心，对称布置成互成４５°角的４条对称四极法电阻率测线。标本电极面和相邻面的一小部分用防水环氧胶密封，使标本在装有水的承压水箱中，沿标本长轴方向受压，观测标本视电阻率随压力的变化。实验结果为：（１）有补给水实验与无补给水实验，电阻率变化整体形态相似，即电阻率随压力的变化先上升，后下降，但有补给水实验的电阻率下降幅度要大一些。（２）电阻率变化出现明显的方向性，可以用电阻率变化最大的各向异性主轴方向表示；实验中，用４条测线、４种组合（每３条测线组合可以确定１个视电阻率变化各向异性主轴方向）方法确定的４个电阻率变化各向异性主轴方向基本一致。（３）加压期间，电阻率各向异性主轴方向随压力增加发生变化，这种变化不是渐变和乱变，而是有规律的跃变，即整个实验过程，多数标本只跃变１—３次，每次跃变形成一个主方向，在主方向内，角度变化不大。（４）有补给水岩石电阻率变化整体形态与美国Ｂｒａｃｅ等（１９６８）所作的围压和孔隙压的岩石电阻率变化形态相似。     

Anisotropy of the apparent resistivity variation rate near the epicentral region for strong earthquakes

IntroductionThe geo-electrical anisotropy before earthquake is of special significance for the prediction of earthquake location and for the research on crustal stress status near the epicentral region. The anisotropy has been studied from various aspects (CHEN, et al, 1983; QIAN, et al, 1985, 1996; LU, et al, 1990a; MAO, et al, 1995; RUAN, et al, 1999). But the anisotropic phenomena presented by geo-electrical data are not practically satisfactory and not clear as compared with the res…     

两次近距离大震前成都台视电阻率重现性、相似性和各向异性变化

本文评价了四川汶川MS8.0、芦山MS7.0地震前后成都台地电观测环境,研究了该台视电阻率变化.结果为:(1)两次大震发生在该台以西的龙门山断裂带、震源机制和震源深度接近,是近距离大震,相应地,在两次地震前该台两个正交测道中的每一测道视电阻率变化均显示了中期异常及其变化过程的重现性和异常幅度的相似性;(2)在每次地震前,两个测道表现了异常变化形态、幅度和起始时间的差异性.其重现性、相似性证明这些异常与两次大震晚期孕育有关;差异性主要展示了与震源机制有直接联系的视电阻率各向异性变化,揭示了震前该台地下介质经历了强烈的电性各向异性变化的过程.     

乾陵宝鸡两台地电阻率异常与关中邻区中强地震的对应特征

2002年1月～2007年5月在甘肃和山西靠近关中的某些地区发生了4个ML5级多的中强地震。乾陵台地电阻率异常与其中的3个地震有较好的对应关系,这种现象可能与乾陵台和这4个地震震中所处的地质构造背景有关,乾陵宝鸡两台地电阻率的相关计算量异常与上述4个地震也存在着一定对应特征。     

Research on dependence of resistivity changing anisotropy on microcracks extending in rock with experiment

Intr0ducti0nTheproblemsaboutcrustalrocksfracturingandfricti0nalslippingalongthefracturesurfaCearecloselyrelatedtotheresearchesofearthquakemechanismandgeol0gichazards,andalsoareoneofthosebeinggivenmoreconcernbyscientistsinearthscience-Discussingab0utthegenera-tionanddevelopmentprocess0fintraPlateearthquakes,Wang,etal(l999)proPOsedthatearth-quake'spregnant,mechanicspropertyandgeometricstructureofmatterinearthquake'sgestatingareaaredifferinthousandswaysf0rdifferentplaceinsideslab-Thus,thepregna…     

云南及邻区中强震连发和平静与强震关系研究

系统研究了1925年以来云南及邻区5级以上地震的时间分布特征, 分别给出了云南及邻区5级以上地震连发和平静的定义。 分析了中强震连发、 平静的一些基本特征, 研究了5级以上地震连发、 平静事件与该区强震活跃、 平静过程的关系。 这些分析结果对云南及邻区的地震趋势预测有一定实际意义。     

Detecting rupture precursors and determining the main fracture spread direction of rock with dynamic rock resistivity change anisotropy

In the past, domestic and abroad scientific workers have done a large number of experiment researches on a great number of researches of experiment for the relationship between electrical resistivity change and the load stress on rock (Geoelectric Testing Group, Department of Geophysics, Peking University and Research Division, Seismological Brigade of Lanzhou, 1978; Zhang, 1981; Chen, et al, 1983; Zhao, et al, 1983; Zhang, Lu, 1983; Zhang, et al, 1985; Brace, Orange, 1968; Kurite, 1986; Teisseyre, 1989), such as imitating dynamic fracture of rock, frictional sliding course, and observing its resistivity change shape with a lot of experimental workssuch as simulating the dynamic course of crustal rocks fracturing and frictional slipping along the fracture surface, and observing its resistivity change shape with experiment. They found that, in the fracture process of rock under loading, not only its resistivity shape change notably, and its direction changes also very clearly, and therefore many scientific workers have shown strong interest in anisotropy of resistivity change, and have done some researches onfor it.